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Récolter l'énergie de l'océan
Des chercheurs de ISR International , basée à Menlo Park, en Californie, a récemment terminé les premiers tests océaniques d'un système qui utilise un muscle dit artificiel pour générer de l'énergie à partir du mouvement d'une bouée montant et descendant sur les vagues. Bien que le prototype produise très peu d'électricité, les chercheurs affirment que les fermes houlomotrices basées sur la technologie pourraient éventuellement rivaliser avec les éoliennes en termes de puissance, fournissant une source importante d'énergie propre.
Puissance des vagues : Une bouée qui génère de l'électricité à partir du mouvement des vagues. Le cylindre transparent au milieu de la bouée (voir l'image du bas) contient un rouleau de matériau caoutchouteux qui s'étire et se contracte lorsque la bouée monte et descend, séparant et rassemblant les électrodes.
La technologie pour exploiter l'énergie de l'océan existe déjà, mais elle n'a pas été largement adoptée, en grande partie parce qu'elle a du mal à résister au martèlement des vagues. Le nouveau système pourrait s'avérer à la fois moins cher et plus fiable, selon les chercheurs.
Les systèmes antérieurs utilisaient des dispositifs électromagnétiques plus conventionnels, tels que des dynamos avec des transmissions complexes, des pistons hydrauliques et des turbines. Les engrenages d'une transmission, en particulier, sont vulnérables à l'usure causée par le déferlement erratique des vagues océaniques.
En revanche, le système SRI n'est guère plus qu'une feuille de caoutchouc attachée à un poids. Il a la complexité mécanique d'un élastique, explique Roy Kornbluh, chercheur principal du SRI. En conséquence, il est mieux à même d'absorber le choc des vagues, dit Joseph Bar Cohen , chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, à Pasadena, en Californie. De plus, ajoute Bar-Cohen, les matériaux à partir desquels le système est fabriqué sont bon marché, ce qui pourrait l'aider à concurrencer les prix d'autres sources d'électricité.
Multimédia
Vidéo : Bouée de puissance
Le système à base de polymère au cœur du nouveau générateur est une variante d'un muscle artificiel, un dispositif développé comme alternative aux moteurs électriques dans des applications telles que les robots. Un muscle artificiel se dilate ou se contracte lorsqu'une tension lui est appliquée, mais le même processus peut fonctionner en sens inverse : si le muscle est étiré par une force extérieure, il peut générer de l'électricité. Il y a quelques années, SRI a développé un petit appareil qui, incrusté dans le talon d'une chaussure, permettait au porteur de recharger un téléphone portable simplement en marchant. Le système de récolte des vagues est fondamentalement une version plus grande de la même technologie.
Les chercheurs du SRI ont construit leur générateur en prenant en sandwich un matériau caoutchouteux disponible dans le commerce entre deux électrodes, elles-mêmes constituées d'un polymère gras contenant des matériaux conducteurs. La feuille de caoutchouc et les électrodes sont ensuite enroulées, comme une spirale, pour former un tube creux. Lorsque le tube est tiré par une force extérieure, la couche de caoutchouc est étirée finement, rétrécissant l'espace entre les électrodes. Initialement, une petite batterie applique une tension aux électrodes ; lorsque le caoutchouc reprend sa forme d'origine, il sépare les électrodes, augmentant la tension entre elles. Cet excès d'énergie peut être siphonné pour générer un courant. Une partie de ce courant est réinjectée dans le système, de sorte que la batterie n'est utilisée que pour le premier cycle.
Les chercheurs ont récemment testé le système au large des côtes de la Floride. Quelques mètres carrés de caoutchouc roulé en forme de tube creux étaient attachés à un poids et montés au centre d'une bouée. Lorsque la bouée flotte dans l'eau, elle fait monter et descendre le poids, étirant à plusieurs reprises le caoutchouc et lui permettant de rebondir, générant de l'électricité.
Jusqu'à présent, ce prototype ne produit qu'environ cinq watts de puissance, assez pour une petite ampoule. Mais parce que le caoutchouc est mince – environ 0,1 millimètre d'épaisseur – il est possible d'en enrouler beaucoup plus et de l'insérer dans la même bouée. Un paquet de caoutchouc d'environ un mètre de long et d'un demi-mètre d'épaisseur, doté d'une électronique optimisée et d'une conception de bouée améliorée, pourrait générer un kilowatt d'électricité, explique Kornbluh. Un chapelet de bouées ou de plus grosses structures flottantes pourraient alors générer des quantités appréciables d'électricité. (Un millier de bouées pourraient alimenter environ 750 maisons.) Une conception alternative pourrait impliquer des feuilles de caoutchouc immergées qui génèrent de l'énergie lorsque la force des courants ou des marées les fait battre d'avant en arrière. Un tel système pourrait s'avérer plus résistant que les turbines récemment utilisées dans l'East River à New York : leurs pièces mécaniques se sont avérées incapables de résister aux forces de marée.
Le système SRI produit des tensions élevées, de l'ordre du kilovolt. C'était un problème pour le générateur de chaussures, qui nécessitait un transformateur pour réduire suffisamment la tension pour ne pas faire frire les téléphones portables et autres appareils, mais devait quand même tenir dans une chaussure. Mais pour l'application bouée, la haute tension est un avantage, car elle permet de transmettre plus efficacement l'électricité vers le rivage le long de câbles sous-marins. Selon les chercheurs, le principal défi pour l'avenir est de développer un processus de fabrication fiable. Leurs tests récents du système ont également souligné l'importance de concevoir de nouvelles bouées qui répondent aux vagues de la meilleure façon pour produire de l'électricité. Et ils devront concevoir une électronique qui, en faisant varier la tension aux bornes du polymère, peut modifier la rigidité du système pour s'adapter aux différentes conditions météorologiques.
Les premières applications commerciales du système concerneront probablement les systèmes d'alimentation des bouées de navigation, de communication et de détection, et celles-ci pourraient survenir d'ici deux ans, estime Kornbluh. Mais il pourrait s'écouler cinq à dix ans avant que le système puisse être mis en place pour la production d'électricité à grande échelle.
C'est très excitant, dit Ray Baughman , professeur de chimie à l'Université du Texas à Dallas. C'est une direction prometteuse pour la récupération d'énergie, non seulement pour les appareils distants dans l'océan, mais aussi peut-être pour la récupération d'énergie à plus grande échelle.